4.2 光电效应 分层作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 该光电效应同步练习通过A、B、C三层递进设计，实现从基础概念辨析到跨模块综合应用的知识巩固，培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|光电效应基本概念（粒子性、逸出功、最大初动能等）|以选择/多选题为主，如第1题直接考查光的粒子性，第5题结合氢原子跃迁初步应用光电效应方程，夯实物理观念| |B层|实验装置分析与规律深化|通过光电管电路动态分析（第7题）、遏止电压图像应用（第8题），培养科学推理能力，衔接课堂实验教学| |C层|跨模块综合应用|融合能级跃迁（第10题）、电磁学（第12题速度选择器）等知识，如第12题需综合光电效应与洛伦兹力分析，提升科学探究与问题解决能力|

4.2 光电效应 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．关于光电效应，下列说法正确的是（    ） A．光电效应现象说明光具有粒子性 B．金属的逸出功与入射光的频率有关 C．光电子的最大初动能与入射光的强弱有关 D．某单色光照射金属不能发生光电效应，是因为照射时间短 2．如图甲所示，某款条形码扫描探头上装有发光二极管和光电管，工作原理如图乙。打开扫描探头，发光二极管发出红光。将探头对准条形码移动，红光遇到条形码的黑色线条时，光几乎全部被吸收；遇到白色空隙时光被大量反射到探头上，光电管发生光电效应产生光电流。通过信号处理系统，条形码就被转换成了脉冲电信号，则（　　） A．若仅将发光二极管换为蓝光，将不能发生光电效应 B．若仅将扫描探头的发光强度增大，光电子的最大初动能不变 C．扫描探头在条形码上移动的速度不能太快，否则光电管来不及发生光电效应 D．若将发光二极管发出的光的频率减小，只要照射时间够长，也一定能正常识别条形码 3．(多选)在图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么（　　） A．A光的频率大于B光的频率 B．B光的频率大于A光的频率 C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 4．(多选)如图甲所示是观测光电效应现象的实验装置，某次实验中，光电管的阴极K的材料选用金属钠，通过实验测得钠的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为已知普朗克常量。则下列说法中正确的是（　　）    A．要测遏止电压，开关S应接2 B．换用极限频率比钠大的金属做该实验，得到的图线斜率将变大 C．开关S接1时，将滑动变阻器向右滑动，电流表示数一定增大 D．如果实验中入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能约为 5．大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时，只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像（如图乙）。已知a光对应的遏止电压为，氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 （1）求光电管阴极的逸出功和b光对应的遏止电压； （2）若用b光照射，光电管两端加上的电压，求电子到达A极时的最大动能。 6．用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图。根据图，求解下列物理量： （1）普朗克常数是多少？ （2）钛的逸出功是多少？ B 层 7．如图所示是光电效应实验的原理图。滑片P位于A、B正中间，当用黄光照射阴极K时，灵敏电流计有示数，下列说法正确的是（     ） A．P向B移动，电流计示数一定增大 B．只增加光照射强度，电流计示数一定增大 C．只调换电源极性，电流计一定有示数 D．改用红光照射，电流计一定有示数 8．(多选)从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压与入射光的频率的关系，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图甲所示的装置进行实验，得到了某金属的图像如图乙所示。已知电子的电荷量为，下列说法正确的是（　　） A．该金属的截止频率约为 B．该金属的截止频率约为 C．该图像的斜率为普朗克常量 D．这种金属的逸出功约为1.79eV 9．如图所示，两根足够长的间距为的光滑平行金属导轨固定放置，导轨平面与水平面夹角为。与导轨垂直的边界将导轨分为上下两个区域，下方区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为。将导轨与阻值为的电阻、开关、真空光电管用导线连接，侧面开有可开闭的通光窗，其余部分不透光；内有阴极和阳极。关闭，断开，质量为的导体棒沿导轨由静止下滑，下滑过程中始终与导轨垂直且接触良好，除外，其余电阻均不计，到达边界的瞬间恰好做匀速直线运动。重力加速度大小为，电子电荷量为，普朗克常量为。 (1)求到达边界时的速度大小； (2)求释放位置到边界的距离； (3)进入磁场区域后，闭合，打开，用频率为的单色光照射，若保持运动状态不变，求阴极材料的逸出功应满足的条件。 C 层 10．图甲为氢原子能级图，一群处于同一激发态的氢原子能发出10种频率的光，分别用这些频率的光照射图乙电路的阴极K，其中只有3种光能够发生光电效应，有一种恰能发生光电效应，电压U与光电流之间的关系如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．阴极K材料的逸出功为10.20eV B．当滑片向右端移动时，光电流I一直增大 C．当乙图中电压表示数为零时，电流表示数一定为零 D．用三束光做杨氏双缝干涉实验，a光条纹间距最小 11.(多选)如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生内光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收能量为E的光子才能发生内光电效应，普朗克常量为h，光束为c，则（　　） A．通过负载的电流方向从上至下 B．该材料发生光电效应的极限波长为 C．太阳光的强度越强，则通过负载的电流越大 D．改用紫外线照射该材料，则不能发生内光电效应 12．如图所示，金属板A、B平行，右侧为速度选择器CD。A板上有一点S，B板开有小孔，S点、和速度选择器的中线位于同一水平线上。速度选择器右端有挡板，仅在处开有小孔，两板间有恒定的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度，方向垂直纸面向里。金属板A的逸出功，现用单色光照射A板的S处，光子能量为6eV。已知元电荷，电子比荷近似为。只考虑沿进入速度选择器的电子，电子碰到板就被吸收，不计电子重力及电子间相互作用，忽略相对论效应。 (1)金属板A被光照射后，求产生光电子的最大初动能； (2)以最大初动能运动的光电子，能沿直线离开速度选择器，求速度选择器中的电场强度大小； (3)在第（2）问基础上，金属板A、B之间加上的电压，已知速度选择器极板长，间距。求能从离开速度选择器的电子的速度范围。 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 A B AC AD B AD D BC 1．A 【详解】A．光电效应中光子以分立能量子的形式与电子发生一对一相互作用，该现象直接证实了光具有粒子性，故A正确； B．金属的逸出功是金属的固有属性，仅由金属自身材料决定，与入射光的频率无关，故B错误； C．根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能仅和入射光频率、金属逸出功有关，与入射光强弱无关，故C错误； D．光电效应的发生条件是入射光频率不低于金属的极限频率，与照射时间无关，单色光不能发生光电效应是因为其频率低于金属极限频率，故D错误。 故选A。 2．B 【详解】A．蓝光的频率高于红光。若红光能使光电管发生光电效应，频率更高的蓝光也一定能。因此换为蓝光仍能发生光电效应，A错误； B．根据爱因斯坦光电效应方程​，光电子的最大初动能仅与入射光的频率有关，与光强无关。增大发光强度，最大初动能不变，B正确； C．光电效应的发生是瞬时的，与扫描探头移动速度无关，C错误； D．若入射光频率减小到低于光电管的极限频率，无论照射时间多长，都不会发生光电效应，不能正常识别条形码，D错误。 故选B。 3．AC 【详解】AB．用一定频率的A单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，知，用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，知，所以A光的频率大于B光的频率。故A正确B错误； CD．发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，而电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b，故C正确D错误。 故选AC。 4．AD 【详解】A．要测遏止电压，应使电子从板到板做减速运动，则板接正极，板接负极，所以开关S应接2，故A正确； B．根据光电效应方程可得 根据动能定理可得 联立可得 可知图像的斜率与极限频率无关，则换用极限频率比钠大的金属做该实验，得到的图线斜率将不变，故B错误； C．开关S接1时，将滑动变阻器向右滑动，极板间接的正向电压增大，如果电流已经达到饱和电流，则电流表示数不会增大，故C错误； D．如果实验中入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能为 故D正确。 故选AD。 5．（1），；（2） 【详解】解：（1）只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像，说明只有能级差最大的两种光发生光电效应，即 a光照射时 解得 b光照射时 解得 （2）由能量守恒定律有 解得 6．（1）；（2） 【详解】（1）根据光电效应方程 可知图像的斜率等于普朗克常数，则有 （2）根据 当最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则钛的极限频率为 可知钛的逸出功 7．B 【详解】A．当滑片P向B端移动时，光电管两端电压增加，光电管所加电压为正向电压，如果电流已经达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误； B．只增加光照射强度，单位时间逸出的光电子数增多，电流增大，则电流表示数一定增大，故B正确； C．只调换电源两极，如果光电管两端达到遏止电压，则电流变为0，故C错误； D．改用红光照射，由于红光频率小于黄光，光子的能量变小，可能不会发生光电效应，则不一定有光电流，选项D错误。 故选B 。 8．AD 【详解】ABC．设金属的逸出功为，截止频率为，金属逸出功 光电子的最大初动能与遏止电压的关系是 根据光电效应方程为 联立可得 因此图像的斜率为；当时， 即金属的截止频率约为，A正确，BC错误。 D．由图可知 金属的逸出功 联立解得，D正确。 故选AD。 9．(1) (2) (3) 【详解】（1）由于到达边界的瞬间恰好做匀速直线运动，则有 将磁场沿垂直斜面的方向进行分解则有 导体棒切割磁感线产生的电动势 回路中的电流 导体棒受到的安培力 联立解得 （2）导体棒下滑到MN的过程中，机械能守恒，则有 结合上述结论 解得 （3）根据上述结论可知，回路中的电流 光电管的截止电压 根据光电效应方程 联立解得 10．D 【详解】A．一群处于同一激发态的氢原子能发出10种频率的光，说明这群氢原子处于能级，只有3种光能发生光电效应，这3种光子能量分别为13.06eV、12.75eV、12.09eV，有一种恰好能发生光电效应，说明阴极K的逸出功为12.09eV，故A错误； B．当滑片向右端移动时，光电管两端的负向电压减小，光电流I会先增大，然后光电管两端为正向电压增大，光电流I会先增大，当达到饱和电流后，I不会再变化，故B错误； C．乙图中光电管所加电压为零时，电压表的示数为零，只要光的频率大于极限频率，仍然能发生光电效应，有光电子参与导电，电流表的示数就不为零，故C错误； D．由图丙可知，a光的遏止电压最大，由 可知a光的光子能量最大，频率最大，波长最小，根据双缝干涉条纹间距公式 可知a光条纹间距最小，故D正确。 故选D。 11．BC 【详解】A．自由电子向N型一侧移动，N型一侧电势更低，故电流从P型一侧流出，回到N型一侧，故电流应该从下至上通过负载，故A错误； B．发生光电效应的极限波长满足 解得 故B正确； C．太阳光强度越大，内光电效应释放的电子越多，向N型一侧移动的自由电子越多，两端电势差越大，电路中的电流越大，故增大太阳光的强度，通过负载的电流会变大，故C正确； D．太阳光中紫外线的频率最高，太阳光能让该材料发生内光电效应，则该材料的极限频率应小于等于紫外线的频率，故改用紫外线照射该材料，能发生内光电效应，故D错误。 故选BC。 12．(1)3eV (2)1×103 N/C (3)1×106m/s≤vT<1.4×106m/s 【详解】（1）金属板A发生光电效应，则有                     解得Ek=3eV（或4.8） （2）由                                                         解得                                                         电子在速度选择器中匀速直线运动时满足                             解得 （3）S处产生光电子的速度范围为 设从1进入的电子速度为，根据动能定理得         所以有                                                     在速度选择器中因为 所以电子的运动可视为以速度沿方向的匀速直线运动和以速度的顺时针方向的匀速圆周运动的合运动。 圆周运动周期为 而长度L正好为 即能射出速度选择器的电子均运动三个周期后，从O2水平离开 。 考虑电子在速度选择器中运动时不能碰到极板，则必须满足     解得 即 所以能从速度选择器离开的电子，速度必须满足 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $